论中心回转装置柔性连接的设计特点

孙相志 秦倩云

摘 要：介绍了一种在隧道施工中用于开挖隧道掘进机的柔性中心回转装置部分，本文对中心回转接头的结构组成、工作原理及其特点等方面进行了详细的描述。设备施工使用表明，本柔性中心回转装置设计可满足隧道施工要求，并且具有柔性调整刀盘与中心回转装置同心度、密封性好及可靠性高等优点。

关键词：盾构机;柔性中心回转;刀盘

中图分类号：TU112 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0108-02

1 柔性中心回转装置概述

盾构机是隧道施工机械设备，通过刀盘旋转切削掌子面土体实现隧洞开挖，并通过主推进油缸的推进力实现隧道掘进。由于盾构机刀盘不断的旋转切削土体，需要通过中心回转接头内部的管路系统向开挖面注入土体改良剂（如：泡沫剂改良剂、膨润土改良剂、聚合物改良剂等）和刀盘用油脂，注入土体改良剂可以达到润滑、降低刀具的磨损、改良土质等目的，同时能将刀盘切削下来的土体改良成流动性好、能够及时建立起土仓内的土体和刀盘外土体之间的压力平衡、维持盾构掘进过程中盾构切口上方的土体稳定，增加土体的流动性，使刀盘切削进入土仓的土体能及时排出，减少土仓内泥饼的形成，不会形成颗粒的骨架拱效应，有效预防刀盘结饼等施工问题，使盾构掘进更顺畅、高效。油脂管路能将润滑油脂和检测油脂注入到刀盘需要油脂的部件，例如：仿形超挖刀和检测刀具，润滑油脂能很好地给刀盘仿形超挖刀提供润滑，配备检测刀具的刀盘通过检测油脂的注入能及时检测刀具的使用磨损情况。中心回转接头就是这些将盾构机后配套辅助液体和油脂注入到刀盘和开挖面管路的的载体。所以中心回转装置在施工过程中起着关键作用，其可靠性就显得尤为重要。

2 柔性中心回转装置的结构组成及特点

原中心回转装置与刀盘为刚性连接，如图1所示，刀盘安装过程中要保证刀盘与空心轴套筒的同轴度，新制盾构机首次使用时，通过严格的机械加工及精准的安装止口等可以有效的控制刀盘与中心回转装置的同轴度，但是盾构机经过不同隧道施工标段的掘进施工后，由于刀盘在现场安装、拆卸多次后，就很难保证刀盘与中心回转装置的同轴度求，导致刀盘运转过程中，中心回转装置与刀盘出现同心偏差，由于盾构机掘进过程中刀盘带动中心回转装置不停转动，导致刀盘与中心回转装置中的空心轴刚性连接处螺栓长期受侧向剪切力而断裂。施工过程中出现这种事故时，由于中心回转装置与刀盘连接位置在盾构机开挖土仓内，所以只能通过开仓或者开竖井进行修复，开仓修复存在较大的风险，在盾构机前方开竖井的成本比较大工期也比较长。针对此情况，将刀盘与中心回转装置改为柔性连接（关节形式），中心注入口连接钢管改为软管连接（配置软管连接工艺口，便于软管连接），该方案已经用于盾构施工，经现场施工观察，方案可靠性高。

图1所示为中心回转装置刚性连接示意图，掘进方向最前方为刀盘，件1为空心轴与刀盘连接螺栓，件2为连接刀盘与中心回转接头的空心轴，件3为中心回转接头，件4为盾构机主驱动轴承座。图示可见空心轴与刀盘和中心回转接头两端的连接方式均为通过连接法兰用螺栓直接连接的刚性连接，当刀盘在施工过程中随着转场不同施工标段经过现场安装、拆卸多次后，就很难保证刀盘与中心回转装置的同轴度求，导致刀盘运转过程中，中心回转装置与刀盘出现同心偏差，导致刚性连接处螺栓（件1）受侧向剪切力而断裂。这种事故会给施工过程带来极大困扰，甚至延误工期。

针对此问题，将中心回转装置与刀盘的连接方式进行优化改善，即将刚性连接改善为柔性连接方式，如图2所示。

如图2所示为中心回转装置优化改善为柔性连接方式，如图可见，此次改善取消了原来空心轴与刀盘直接用法兰连接的设计，而是将件8（空心轴）插入件2（空心轴安装板一）和件3（空心轴安装板二）中，而且空心轴外径与空心轴安装板内径之间的间隙通过严格的机械加工保证在1.5mm左右，由于该间隙的存在就使得空心轴与件1（刀盘中心套筒）实现了柔性连接，通过该间隙能有效调整刀盘与中心回转接头装置出现的同心度偏差，也就能保证当出现同心度偏差时能通过此间隙调整，避免了刀盘与空心轴之间的连接螺栓断裂的风险。

空心轴（如图4所示）与件2（空心轴安装板一）通过4个连接键实现转动传动（如图3所示），为了保证刀盘土仓与中心回转装置间的密封性，在件2（空心轴安装板一）与件1（刀盘中心套筒）端面之间和件2（空心轴安装板一）与件3（空心轴安装板二）端面之间设计了件6（密封圈一）;在件2（空心轴安装板一）、件3（空心轴安装板二）与件8（空心轴）径向分别设计了件7（密封圈二），这样的密封设计就避免了土仓内的土沙进入的风险。

件3（空心轴安装板二）通过件4（连接螺栓一）与件2（空心轴安装板一）连接，件2（空心轴安装板一）通过件5（连接螺栓二）与件1（刀盘中心套筒）连接，件9（中心回转接头）与空心轴连接。

为了保证其组装精度，如图所示通过机械加工控制件1（刀盘中心套筒）安装端面与刀盘辐条端面的形位公差在0.2mm以内，这样就能保证其组装的精度，为实现中心回转接头装置的柔性调整功能奠定基础。

3 柔性中心回转接头装置的工作原理

在隧道掘进施工前，将改柔性中心回转接头装置严格按照组装工艺组装，组装过程中必须严格监督各个环节的组装精度，以保证空心轴与安装板间的间隙和该装置的密封性。中心回转接头中的各管路嚴格按照组装工艺进行管路连接安装，避免施工过程中出现管路接头出现松动泄露等现象。因为盾构机掘进过程中刀盘带动中心回转装置转动，这项改善设计应用到施工过程中时能通过其关节连接和间隙控制的柔性连接原理有效的控制刀盘与中心回转接头装置间的同轴度，即使刀盘在现场安装、拆卸多次后，也能控制其与中心回转装置的同轴度，使隧道施工更顺畅。

4 结语

综上所述，柔性中心回转接头装置的改善设计，能够有效的控制刀盘与中心回转接头间的同轴度，有效的避免了原有刚性连接螺栓断裂的情况，其可靠性得以使施工能顺畅进行，对盾构机设备掘进和施工工期进度提供了有力保障。